Диссертация (1144175), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Установлено, что элементы арматуры ПА различного назначенияподвергаются воздействию случайных и систематических статических идинамических нагрузок, в том числе от подводного взрыва различнойприроды и мощности;2. Элементы арматуры ПА постоянно за время своего срока службыподвергаются действию агрессивной морской среды (морской атмосферы,проточной морской воды, скорость потоков которой достигает 5 – 10 м/c);3.
Увеличениемикротвёрдостиповерхностногокоэффициента трения, получаемые за счётслояиснижениевысокоэнергетическихвоздействий на поверхность материалов, может привести к увеличениюизносостойкости деталей арматуры на 25 – 75%.422. Лазерная и электронно-пучковая модификации поверхностиматериалов2.1. Лазерное легирование поверхности материалов элементоварматурыПроцесс лазерного легирования поверхности образцов из бронзы маркиБрАЖНМц 9-4-4-1 ГОСТ 18175–78 осуществлялся с помощью универсальнойлазерной установки LRS – 100 (рис.
2.1). Основные параметры установки:Рис. 2.1. Лазерная технологическая установка LRS – 100максимальная энергия импульса излучения – 40 Дж, максимальная импульснаямощность излучения – 5 кВт, длительность импульса излучения – 0,2 – 20 мс.Процесс лазерного легирования осуществлялся путём подачи присадочногоматериала в виде порошка в зону обработки поверхности.
В качестве присадок внастоящей работе использовались карбид бора, никель– алюминиеваякомпозиция, Коломной–6, окись кремния и алюминия, алюминий, нефелин.Мощность излучения, при которой осуществлялся технологический процесслегирования составлял 1,5 кВт и, как будет показано ниже, в случаенеобходимости мощность излучения повышалась до 2,5 кВт.43Предварительнаяобработкаплоскойповерхностикаждымвидомприсадочного материала показала, что микротвёрдость поверхностного слояболее 400 HV достигается при использовании только трёх присадок: карбидабора, Колмоноя–6, и алюминия.
В остальных случаях микротвердостьповерхностного слоя составляла менее 400 HV. Поэтому, исходя из фактаминимального изменения химического состава поверхностного слоя посравнению с исходным составом бронзы, был выбран вариант лазерноголегирования поверхностного слоя алюминием.Легирование поверхностного слоя алюминием приводила к распределениюмикротвёрдости по глубине зоны обработки, показанному на рис. 2.2 [51]. Нарис.
2.3. приведена зависимость глубины упрочненного слоя от скоростиобработки.Рис. 2.2. Распределение микротвёрдости по сечению обрабатываемой зоны вглубьобразца при скорости обработки 5,5 мм/сКак следует из результатов замеров микротвёрдости, приведенных на рис.2.2, её значения монотонно уменьшаются с увеличением расстояния отповерхности образца. Глубина зоны упрочнения с увеличением скоростиобработки также монотонно уменьшается (рис. 2.3), однако, как следует из рис.2.3 существуют две зоны режимов: до скорости 6 мм/с глубины зоны упрочненияуменьшается достаточно резко, в диапазоне скоростей 6 – 10 мм/с глубины зоныуменьшается более плавно.44Рис.
2.3. Зависимость глубины упрочнения от скорости обработкиС целью устранения возможной неблагоприятной крупнокристаллическойструктуры поверхностного слоя, а также для оценки влияния на микротвёрдостьповерхностного слоя, был проведен изотермический отжиг нескольких образцов.Температура отжига – 350 0С, время выдержки – 1 час. Влияние отжига нараспределение микротвёрдости показано на рис.
2.4.Рис. 2.4. Распределение микротвёрдости по глубине зоны упрочнения послеотжигаИз приведенных на рисунке 2.4 результатов видно, что отжиг снижал на 20%микротвёрдостьнепосредственнонаповерхностиобразца,дальнейшееснижение микротвёрдости было не столь значительно, а на глубине 800 мкмотжиг не сказывался вовсе. Кроме того, введение отжига позволило снизитьградиент микротвёрдости, что является положительным фактором в обеспеченииобщей конструктивной прочности детали. Так как, чем больше неоднородностьнапряжённого состояния, тем выше вероятность зарождения усталостнойтрещины под поверхностью [52] и, кроме того, предельное напряжение, которое45может выдержать материал в некоторой локальной области не являетсяконстантой материала, а зависит от размера зоны неоднородности напряжений.Впроцесселегированиянаповерхностинекоторыхобразцовобразовывались макродефекты (поры) (рис.
2.5), которые устранялись толькоРис. 2.5. Общий вид поверхностного слоя на медленных скоростях лазернойобработки.путём механической обработки, что в целом приводило к повышениювременных и финансовых затрат изготовления деталей. Исследование,проведенное в рамках настоящей работы, показало, что дефекты образуются нарежимах с глубоким проплавлением и большим временем обработки, набыстрых режимах обработки дефекты отсутствовали. На рис.
2.6 предоставленазависимость количества дефектов от скорости обработки.В связи с этим в состав алюминиевой присадки добавлялся в качествекомпонента (флюса) фтористого натрия (NaF) различной концентрации (от 10 до60% массовой доли), что увеличивало жидкотекучесть расплава и приводилоРис.
2.6. Зависимость количества пор от скорости обработки46к снижению количества дефектов (при приемлемой микротвёрдости в случаенизкой концентрации добавочного компонента) примерно в два раза (рис. 2.7),но при этом микротвёрдость поверхностного слоя уменьшалась с 800 HV до400 HV. Такое изменение в твердости, вероятно, связано с увеличением временинахождениярасплавленногометаллаподдействиемлазерноголуча,приводящего к отводу алюминиевой присадки из плазменного облака в угар.Рис. 2.7.
Зависимость количества пор от содержания NaFВ дальнейшем с целью уменьшения угара и, как следствие, образованияоксида алюминия лазерное легирование производилось в среде аргона. На рис.Рис. 2.8. Защита поверхности при подаче аргона сверху в зону обработкипредставлен момент лазерного легирования образцов в струе аргона.Лучшие результаты были достигнуты при защите от окисления при подачеаргона по трем трубкам: одна сверху и по двум встречным, практическиисключающим попадание воздуха в зону обработки (рис.2.9).47Рис.
2.9. Направление подводящих аргон трубок для защиты зоны обработкиРезультаты защиты зон обработки в аргоне незамедлительно сказались науменьшении дефектности поверхностного слоя.На рис.2.10 представленыобщий вид образцов после лазерного легирования в аргоне.Рис. 2.10. Общий вид имитатора золотника после лазерного легирования в аргонеДля доработки состава присадочного материала были выбраны системыфлюсов и добавок для лазерного легирования бронзы [53]. Ими были известныефлюсы, применяемые при сварке алюминиевых бронз, медных сплавов,алюминиевых сплавов. Составы используемых присадок приведены в таблице2.1.
Особое внимание уделялось соотношению объемов флюсовыхдобавок к общему объему рабочей обмазки.Принципиальнойразницейприиспользованиифлюсовявляетсявзаимодействие лазерного излучения с компонентами флюсов, в отличии отдуговых методов сварки. В случае лазерного излучения неметаллическая частьфлюса подвергается диссоциации и насыщению поверхностного слоя и ваннырасплава диссоциированными компонентами.48Важным является и фракционный состав обмазок. При большой величинефракции порошка флюсовые добавки не успевают диссоциировать в ваннерасплава из-за быстротечности процесса лазерного легирования.
Кроме того,недиссоциированные компоненты флюса попадают в ванну расплава, чемнарушают структуру поверхностного слоя, что может привести к задирамповерхностного слоя.Таблица 2.1Составы используемых флюсов при лазерном легировании бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1№флюсаСостав флюсаСоотношениекомпонентСоотношениеобмазка/ флюсРезультатыобнаружения дефектов1Фтористый натрий,хлористый натрий,фтористый барий,хлористый калий1:1:1:25:1Дефекты не выявлены2Криолит,бура,хлористый натрий,кремнийфтористый натрий2:3:1:15:1Дефекты в началетрека3Бура безводная,магнийметаллический10:15:1Дефекты в началетрека4Фтористый натрий,магний1:11:1Дефекты в началетрека5Фтористый натрий-1:1Дефекты не выявлены6-»--1:5Дефекты не выявленыИспытания образцов по 1-му классу чувствительности люминесцентнымметодом показали, что поверхностные дефекты отсутствовали практически вомногих случаях обработки.
Результаты приведены в таблице 2. Обрабатывалисьобразцы – имитаторы для исследования структуры и режимов обработки. Видимитаторов после люминесцентного контроля приведен на рис. 2.11. Кроме того,для сравнения исследовались образцы без добавок флюса.49Рис. 2.11. Вариант флюса №1- дефектов нетАналогичные результаты получены и на образцах без присадки флюса, чтоподтверждает определяющее действие защитного газа — аргона на процессподавленияпорообразования,связанногосокислениемалюминиевойсоставляющей с образованием оксидной фазы, снижающей не толькожидкотекучесть расплава, но и твердость упрочняемого слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
